Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zum Trennen eines Zweiphasenqemisches

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Trennen eines Zweiphasengemisches, wobei eine der Phasen eine ionische Flüssigkeit ist.

Ionische Flüssigkeiten sind niederschmelzende, organische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 100 und -90 °C, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche Eigenschaften. Ionische

Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als so genannte "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich.

Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie - solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird - selbst im Hochvakuum nicht in geringsten Spuren verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.

Wie bereits erwähnt, liegen die Schmelzpunkte bekannter ionischer Flüssigkeiten definitionsgemäß unterhalb von 100 ⁰ C. Der so genannte Liquidus-Bereich - dies ist der Bereich zwischen Schmelzpunkt und thermischer Zersetzung - beträgt im Regelfall 400 ⁰ C oder mehr.

Darüber hinaus weisen ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 400 ⁰ C. Die Dichte und das Mischungsverhalten mit anderen Flüssigkeiten können bei ionischen Flüssigkeiten durch die Wahl der Ionen beeinflusst bzw. eingestellt werden. Ionische Flüssigkeiten

haben des Weiteren den Vorteil, dass sie elektrisch leitend sind und dadurch elektrische Aufladungen - die ein Gefahrenpotential darstellen - verhindern können.

Ionische Flüssigkeiten kommen seit einiger Zeit beispielsweise bei der sog. kolbenlosen Verdichtung zur Anwendung - siehe hierzu die deutsche

Patentanmeldung 10 2004 046 316. Weitere Anwendungsmöglichkeiten für ionische Flüssigkeiten werden in der Schmierung von Maschinen, Kälteanlagen, Ventilen, etc. gesehen.

Kommt es bei den unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten für ionische

Flüssigkeiten zur Bildung eines Zweiphasengemisches - wobei eine der Phasen von der verwendeten ionischen Flüssigkeit gebildet wird -, so ist bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen ein zuverlässiges und ggf. schnelles Trennen der ionischen Flüssigkeit von dem Zweiphasengemisch gewünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches anzugeben, das bzw. die ein schnelles und zuverlässiges Abtrennen einer ionischen Flüssigkeit aus einem Zweiphasengemisch ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches ist gekennzeichnet durch a) einen zylindrischen Behälter, b) eine im unteren Bereich des zylindrischen Behälters mündende Zuführleitung für das zu trennende Zweiphasengemisch, c) wobei die Zuführleitung derart angeordnet und die Zuführgeschwindigkeit des aus ihr austretenden Zweiphasengemisches derart eingestellt oder einstellbar ist, dass das aus der Zuführleitung austretende Zweiphasengemisch mit einer Rotationsgeschwindigkeit von wenigstens 3 bis 400 m/s gegen die Innenwandung des zylindrischen Behälters geführt wird, d) eine im unteren Bereich des zylindrischen Behälters angeordnete Abführleitung, über die die abgetrennte ionische Flüssigkeit aus dem zylindrischen Behälter abführbar ist und

e) eine in den zylindrischen Behälter hineinragende Abführleitung, über die die von der ionischen Flüssigkeit befreite Phase aus dem zylindrischen Behälter abführbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen eines Zweiphasengemisches ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zweiphasengemisch dem Einfluss der Gravitation, der Corioliskraft und/oder eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird.

Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass

Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes innerhalb des zylindrischen Behälters angeordnet sind,

der zylindrische Behälter mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt ist,

die in den zylindrischen Behälter hineinragende (zweite) Abführleitung mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem

Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt ist,

die Innenwandung des zylindrischen Behälters Unebenheiten, vorzugsweise in Form von Rillen, Kanten und/oder Noppen, aufweist, und

an der Innenwandung des zylindrischen Behälters ein oder mehrere Schwallbleche angeordnet sind.

Grundsätzlich ist die Auftrennung eines Zweiphasengemisches in eine ionische Flüssigkeit sowie in ein verbleibendes Medium mittels der Gravitation, der Corioliskraft oder eines elektrischen Feldes möglich. Hierbei können die vorgenannten Möglichkeiten im Prinzip beliebig miteinander kombiniert werden.

Bei einer Trennung unter Zuhilfenahme der Gravitation ist zu berücksichtigen, dass diese Methode zum einen vergleichsweise langsam und zum anderen von dem

Dichteunterschied der zu trennenden Medien abhängig ist. Die Trenngeschwindigkeit wird daher sowohl vom Dichteunterschied als auch von dem vorherrschenden Gravitationsfeld bestimmt.

Erfolgt eine Trennung des Zweiphasengemisches unter Zuhilfenahme der Corioliskraft, so sind hierbei sowohl die Dichten der zu trennenden Medien zu berücksichtigen als auch die auf sie wirkenden negativen oder positiven Beschleunigungen

Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit der zu trennenden Medien ist durch das Vorsehen eines elektrischen Feldes gegeben. Insbesondere ionische Flüssigkeiten können durch elektrische Felder beeinflusst werden. Mittels der Stärke des verwendeten elektrischen Feldes kann die Abtrenngeschwindigkeit der ionischen Flüssigkeit aus dem Zweiphasengemisch beeinflusst werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen der- bzw. desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematisierte, seitliche Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung weist einen zylindrischen Behälter 1 auf; in den unteren Bereich dieses Behälters mündet eine Zuführleitung 2, über die das zu trennende Zweiphasengemisch dem Behälter 1 zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist die Zuführleitung so angeordnet und die Zuführgeschwindigkeit des aus ihr austretenden Zweiphasengemisches derart eingestellt oder einstellbar, dass das aus der Zuführleitung 2 austretende Zweiphasengemisch mit einer Rotationsgeschwindigkeit von wenigstens 3 bis 400 m/s gegen die Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 geführt wird.

Zum Zwecke der Verbesserung des Auftrenneffektes kann der zylindrische Behälter 1 mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt sein. Alternativ oder ergänzend kann die Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 zudem Unebenheiten, vorzugsweise in

Form von Rillen, Kanten und/oder Noppen, aufweisen und/oder es können an der Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 ein oder mehrere Schwallbleche angeordnet sein.

Der zylindrische Behälter 1 weist ferner in seinem unteren Bereich - vorzugsweise an seiner tiefsten Stelle - eine (erste) Abführleitung 3 auf, über die die abgetrennte ionische Flüssigkeit aus dem zylindrischen Behälter 1 abgeführt wird. Des Weiteren ist eine in den zylindrischen Behälter 1 hineinragende (zweite) Abführleitung 4 vorgesehen, über die das von der ionischen Flüssigkeit befreite gasförmige Medium aus dem zylindrischen Behälter 1 abgezogen wird. Diese (zweite) Abführleitung 4 ist vorzugsweise mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Trennung eines Zweiphasengemisches stellt eine Kombination aus einem Gravitations- und einem Corioliskraftphasentrenner dar. Ionische Flüssigkeiten neigen zur Kollionenbildung. Aufgrund der erzeugten hohen Rotationsgeschwindigkeit trifft die aus der Zuführleitung 2 austretende ionische Flüssigkeit auf die Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 , wobei es auf der Innenwandung zu einer Kollionen- bzw. Filmbildung kommt. Aufgrund der Gravitation fließt die ionische Flüssigkeit entlang der Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 nach unten - dargestellt durch die beiden äußeren, nach unten gerichteten Pfeile - und wird über die (erste) Abführleitung 3 aus dem zylindrischen Behälter 1 abgeführt.

Das von der ionischen Flüssigkeit abgetrennte gasförmige Medium wird - dargestellt durch die vier dickgezeichneten, schwarzen Pfeile - über die (zweite) Abführleitung 4 aus dem zylindrischen Behälter 1 abgeführt bzw. abgesaugt.

Mittels der in der Figur dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine schnelle und effektive Trennung eines Zweiphasengemisches realisierbar. Der konstruktive Aufwand der Trennvorrichtung ist überschaubar, woraus vergleichsweise geringe Investitionskosten resultieren.